1、毕 业 论 文题 目： 走廊自动照明灯设计 作 者： 学 号： 院 ： 专 业： 电气自动化技术 班 级： 电气自动化 G0811 指导者 评阅者： 年 月 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要走廊自动照明灯电摘要：声光触摸控制照明灯开关，能自动控制白天开关、夜晚亮灯、人走灯灭。具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等特点。这里介绍了声、光、触摸控制自动延时节能开关,综合了声、光和延时控制，工作稳定、节电并可延长灯泡寿命。在白天或光线较强的场合即使有较大的振动声响也能控制灯泡不亮;晚上或光线较暗时遇到声响、振动后灯自动点亮,经过约一分钟(时间可设定)灯泡自动熄灭。可用于楼梯、厕所
2、等公共场所照明灯的自动管理。本文阐述了简单的声光触摸控制照明灯开关的制作。选择声敏传感器、光敏传感器和磁敏传感器作为基本元件。光敏电阻,声控传感器和触摸传感器三种传感器形成了声控、光控和触摸三种控制的电路板。利用布局和布线规则完成了电路板的制作。实现了电子开关的三种控制，实验结果实现了对灯的控制。关 键 词 传感器，声控，光控，触摸, 电路板，性能稳定，节能。第 1 页 共 1 页目 录1 引言 .12 走廊自动照明灯概述 .13 方案的论证 14 走廊自动照明灯工作原理 34.1 声控自动照明灯原理 .3图 3 声音感应、放大电路 44.2 光控自动照明灯原理 .5图 5 光控自动照明灯原理
3、图 54.3 触摸控制自动照明灯原理 .65 电路板的焊接 .65.1 印刷版的设计要求 .65.2 印刷版的线路设计 .85.3 印刷版的焊接设计 .86 调试及故障分析 10结 论 .11致 谢 12参 考 文 献 13第 1 页 共 13 页1 引言走廊自动照明灯，集声控、光控和触摸控制于一身，使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几分钟（时间可调节）后自动关闭，既方便，又省电。公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他
4、人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光触摸三控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。以往的声控开关大多都是应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠，如今单片机技术已经相当成熟，运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单。目前许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。本文中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大
5、的延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。2 走廊自动照明灯概述运用声控传感器、光控传感器和触摸控制技术来控制等的点亮和熄灭。声、光、触摸三控照明灯是一款简单、实用的照明灯控制电路，即可以由声、光控制，也可以由人体触摸控制。将该装置安装在走廊，楼道等场所，在夜间光线暗时，有人走动或发声时，灯会自动点亮并延时数分钟（时间可调节）后方自动熄灭。在白天，若触摸电极片，则照明灯也会受触发而点亮。3 方案的论证声、光、触摸三控照明灯的电路原理图如图1所示，整个控制电路由电源、声控制、光控制、触摸控制、延时、继电器驱动等电路部分组成。第 2 页 共 13 页交流 220V 电压经电源变压器 T
6、降压、整流桥堆 UR 整流、C4 滤波及 IC1 稳压后，在 C5 两端产生 5V 直流电压，供给继电器和整个控制电路使用。图 1 声、光、触摸三控照明灯电路原理图接通电源后，整个控制电路工作在待机状态，非门 D5输出低电平，使晶体管 VT截止，继电器 K 的常开触点不吸合，照明灯 EL 不亮。当有人走近照明灯或有声响发出时，传声器 BM 将声音信号变换成电信号，此电信号经非门 D1构成的交流线性放大器放大后，经非门 D2反相后输出高电平，使非门D3的输出端变为低电平，二极管 VDl 导通，非门 D5的输出端变为高电平，使晶体管VT 饱和导通，继电器 K 的常开触点 K1吸合，照明灯 EL 发
7、光。在白天，即使有人脚步声或其他声响，也不会有高电平加人非门 D3的输人端，因为光敏电阻器 RL 受光照而电阻值变小，非门 D3的输人端始终为低电平，输出端也保持高电平，二极管 VD1和晶体管 VT 均处于截止状态，照明灯 EL 不亮。夜晚，光敏电阻器 RL 的电阻值变大，此时若传声器 BM 拾取到声音信号，则会有高电平加至非门 D3的输人端，使二极管 VD1和晶体管 VT 导通，继电器 K 的常开触点吸合，照明灯EL 点亮。第 3 页 共 13 页不管白天和夜间，只要用手触摸电极片 M 后，人体感应信号将使非门 D4的输人端变为高电平，其输出端变为低电平，又使二极管 VD2导通，非门 D5的
8、输人端变为低电平，输出端变为高电平，晶体管 VT 饱和导通，K1吸合，照明灯 EL 点亮。在二极管 VD1或 VD2导通瞬间，电容器 C3通过 VD1或 VD2被迅速充电，非门 D5的输入端立即为低电平；当非门 D3或 D4的输出端由低电平变为高电平（随后又同时变为低电平）使 VD1或 VD2截止时，电容器 C3通过电阻器 R5缓慢放电，使非门 D5的输人端仍维持一段时间的低电平，照明灯 EL 不会马上熄灭，直到 C3放电结束，D5输入端变为高电平，输出端变为低电平，晶体管 VT 截止，继电器 K 释放，照明灯 EL 才熄灭。元器件选择:IC1选用 LM7805型三端集成稳压器；IC2选用 C
9、D4069型六非门数字集成电路。VT 选用9013或8050型硅 NPN 中功率晶体管，要求电流放大系数 100。UR 选用2A, 50V 整流桥堆，或用四只1N5401硅整流二极管桥式连接后代替。VD1一 VD3均选用1N4148开关二极管。C1和 C2选用 CL11-63V 型涤纶电容器；C3一 C5均选用 CD11-16V 型电解电容器。RL 选用 MG45-13或 MG45-33型光敏电阻器。其余各电阻器选用 RTX-1/4W 碳膜电阻器。RPl 选用 WH7-A 型立式微调电位器。BM 选用 CM-18W 型高灵敏度驻极体传声器。T 选用 220V/6V、low 优质成品电源变压器，
10、要求长时间空载运行不过热。4 走廊自动照明灯工作原理4.1 声控自动照明灯原理4.1.1 声控自动照明灯原理图第 4 页 共 13 页图 2 声控电路 图 3 声音感应、放大电路图 4 单稳态电路4.1.2 声控自动照明灯原理分析图 2 为声控电路部分，由图 3 声音感应、放大电路和图 4 单稳态电路构成。图4 中三极管 VT2、VT3 及其电阻、电容器组成了单稳态电路。电阻 R3 为三极管 VT2提供了基极电流；而三极管 VT3 的基极电流则是从三极管 VT2 的集电极电阻 R4 上得到的。三极管 VT2 集电极与三极管 VT3 基极之间是直接耦合的；而三极管 VT3集电极与三极管 VT2
11、基极之间的耦合则是由电容器 C2 来完成的。电阻 R4 是三极管VT2 的集电极负载,三极管 VT3 的集电极负载是电阻 R5。单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态。电路在没有信号输入时,选择合理的 R3 使三极管 VT2 稳定在饱和状态,此时它的集电极电压约为 0.3V 以下。这样使三极管 VT3 稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。当一个负脉冲通过 C1 到达三极管 VT2 的基极时,三极管 VT2 开始趋向截止,它的集电极电流减小,集电极电压升高；经过直接耦合,使三极管 VT3 的基极电压升高,三极管 VT3 开始导通,它的集电极电压下降；经电容 C2 的藕第 5 页 共 13
12、页合又使三极管 VT2 的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在),形成一个正反馈,很快达到一个新的状态。此时三极管 VT2 截止,三极管 VT3 饱和导通。这就是单稳态电路的暂稳态现象。单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态期间,电容器 C2 通过电阻 R3 进行放电,随着放电的进行,三极管 VT2 的基极电压逐渐升高,当它达到 0.5V 以上时,三极管 VT2 开始导通,正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到VT2 饱和导通,VT3 截止的稳定状态。电容 C2 通过电阻 R3 的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间。根据计算,这个时间 t =0.7R3C2。在本电路中电阻 R3 为
13、510K,电容 C2 为 47F,所以 t17s. 根据这个公式改变电阻 R3 或电容 C2 的参数,可以延长或缩短电路的延迟时间。电路复原后,电容器 C2 通过电阻 R5 和三极管 VT2的发射结进行充电。充电完成后电路才可以接收下一次的触发。电路中的 B 是一只驻极体传声器,它能将声音信号转变为电信号。驻极体传声器压所转换的电信号较微弱,只有通过由三极管 VT1 组成的放大器把微弱的信号进行放大后,才能去触发单稳态电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极管 VT2 的基极上时,可以使单稳态电路翻转。在电路稳态过程下,单稳态电路三极管 VT2 导通,三极管 VT3 截止。三极管 VT3的集电极为
14、高电平,接在它上面的三极管 VT4 是 PNP 型三极管,所以三极管 VT4 没有导通,继电器不工作。一旦外界的声音来触发电路,单稳态电路中三极管 VT2 基极受到负脉冲的作用而截止,单稳态电路处在了暂态的过程中。这时三极管 VT3 导通,它的集电极电压下降,导致与它连接的三极管 VT4 导通,继电器吸合，LED 电路导通从而灯亮。4.2 光控自动照明灯原理4.2.1 光控自动照明灯原理图第 6 页 共 13 页图 5 光控自动照明灯原理图4.2.2 光控自动照明灯原理分析光敏二极管性质：当有光照时（达到一定强度）相当于断路，当无光照时，相当于导线。如图 5 当有光照 D2 时，三极管 VT6
15、 的基极与 R10 的交叉点断路，VT6截止，从而 VT5 也截止。当无光照时，VT6 导通，其集电极电压接入 VT5 基极使其导通，VT5 发射极的电压触发继电器吸合。LED 电路通路。 （之所以这样设计，是为了直接实现光控功能。也可以将光控作为电路的总开关。 ）4.3 触摸控制自动照明灯原理4.3.1 触摸控制自动照明灯原理图图 6 触摸控制自动照明灯原理图4.3.2 触摸控制原理分析触摸控制原理在搞懂单稳态电路原理的基础上，很好的利用单稳态电路的性质尝试了触摸控制的实现，经试验得到了两个点可以通过触摸来控制的即 R6 电阻两端（VT3 的集电极和 VT4 的基极） ，取的是 VT4 基极
16、，这样有利于我焊接分布元件。如图 6，当人体触摸 A 点时，人体感应电压使得 VT4 的基极电压降低，VT4 导通。继电器吸合，LED 发光。其熄灭原理与声控电路相同。5 电路板的焊接第 7 页 共 13 页5.1 印刷版的设计要求1、正确这是印制板设计最基本、最重要的要求，准确实现电原理图的连接关系，避免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。这一基本要求在手工设计和用简单 CAD 软件设计的 PCB 中并不容易做到，一般的产品都要经过两轮以上试制修改，功能较强的 CAD 软件则有检验功能，可以保证电气连接的正确性。2、可靠这是 PCB 设计中较高一层的要求。连接正确的电路板不一定可靠
17、性好，例如板材选择不合理，板厚及安装固定不正确，元器件布局布线不当等都可能导致 PCB 不能可靠地工作，早期失效甚至根本不能正确工作。再如多层板和单、双面板相比，设计时要容易得多，但就可靠而言却不如单、双面板。从可靠性的角度讲，结构越简单，使用面越小，板子层数越少，可靠性越高。3、合理这是 PCB 设计中更深一层，更不容易达到的要求。一个印制板组件，从印制板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试，直到使用维修，无不与印制板的合理与否息息相关，例如板子形状选得不好加工困难，引线孔太小装配困难，没留试点高度困难，板外连接选择不当维修困难等等。每一个困难都可能导致成本增加，工时延长。而每一个造成困
18、难的原因都源于设计者的失误。没有绝对合理的设计，只有不断合理化的过程。它需要设计者的责任心和严谨的作风，以及实践中为断总结、提高的经验。4、经济这是一个不难达到、又不易达到，但必须达到的目标。说“不难”，板材选低价，板子尺寸尽量小，连接用直焊导线，表面涂覆用最便宜的，选择价格最低的加工厂等等，印制板制造价格就会下降。但是不要忘记，这些廉价的选择可能造成工艺性，可靠性变差，使制造费用、维修费用上升，总体经济性不一定分理处，因此说“不易”。“必须”则是市场竞争的原则。竞争是无情的，一个原理先进，技术高新的产品可能因为经济性原因夭折。注意事项：1、要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号
19、，高频/低频，高压/低压等，它们的走向应该是呈线形的(或分离)，不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易实现，最不利的走向是环形，所幸的是可以设隔离带来改善。对于是直流，小信号，低电压 PCB 设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。2、选择好接地点：小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多少论述，足见其重要性。一般情况下要求共点地，如：前向放大器的多条地线应汇合后再与第 8 页 共 13 页干线地相连等等。现实中，因受各种限制很难完全办到，但应尽力遵循。这个问题在实际中是相当灵活的。每个人都有自己的一套解决方案。如能针对具体的电路板来解释就容易理解。3、合理布
20、置电源滤波/退耦电容：一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容，但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的，布置这些电容就应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。有趣的是，当电源滤波/退耦电容布置的合理时，接地点的问题就显得不那么明显。4、线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽，最好使用大面积敷铜，这对接地点问题有相当大的改善。5.2 印刷版的线路设计1.电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一
21、致，这样有助于增强抗噪声能力。2.地线设计的原则 (1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。 (2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在 23mm 以上。(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。5.3 印刷版的焊接设计1手工焊接方
22、法手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直第 9 页 共 13 页接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法后,要多练;多实践,才能有较好的焊接质量。手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。加热焊接:将沾有少
23、许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或银子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头“沾“些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头“蘸“些焊锡对焊点进行补焊。检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。 2造成焊接质量不高的常见原因（1）焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,不足以包裹焊点。冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆
24、腐渣一样!)。（2）夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的,则要“吃“净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。（3）焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。（4）焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。（5）焊点表面的焊锡形成
25、尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的。第 10 页 共 13 页6 调试及故障分析电路的调试在起初选用三个控制电路的时候，三个电路的工作电压是不同的。触摸与声控合并后，难点就在于光控与其他两个电路的整合（将三个信号直接控制继电器吸合的信号加在一个控制点） 。当时在实验的时候，第一次灯控电路直接无效，无法实现光控功能。作出几种假设：一、光控电路放大信号不足以使继电器吸合。二、单稳态电路间接影响了 VT5 发射极的电试，经多次调节两个电路电阻，最后可以光控，但光控同样会被单稳态电路锁定 17 秒。而与预想的控制不同。这个原因很明显，光控电路触发了单稳态电路
26、，使其稳定状态受破坏。LED 的发光情况间接的由单稳态电路控制。用万用表测各节点电压发现：在声控和触摸都没激发单稳态的时候，光控信号一旦过大，VT5 发射极的高电平信号将直接加在 VT4 的集电极，这样可能是使单稳态电路的稳态被破坏的直接原因。通过多次控制 D2 的进光量观察，最后解决了电路的融合。还有在刚开始进行声控电路调试时，须很大的声音才可以触发 LED 发光，很明显，声音信号的放大还不够触发单稳态电路。肯定是放大电路放大不够，然后翻开以前的模电书找到放大电路的章节。重新设置了 R1 和 R2，起初由于设置阻值不合理，光控电路会被锁定。多次调节测试找到了一个适中的声控点。第 11 页 共
27、 13 页结 论本文详细介绍了通过详细介绍了声光触摸控制电子开关的工作原理和作用，在分析声光触摸控制电子开关特性的基础上，结合电路的工作原理，设计出声光触摸控制电子开关，了解并掌握了声光触摸控制电子开关的制作方法以及其用途，具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等特点。这里介绍声、光控制自动延时节能开关,综合了声、光和延时控制、工作稳定、节电并可延长灯泡寿命。第 12 页 共 13 页致 谢在本文即将完成之际，本人借此机会特向尊敬的导师*老师表示真挚的感谢！在选题及撰写论文过程阶段，感谢老师在百忙之中对我的悉心指导和大力支持，才使我圆满完成论文初稿撰写。我的导师是一个乐于助人 、待人真诚、品德高尚、平易近人、值得尊敬的人。在此，本人再一次对全体老师在求学期间的指导和帮助表示衷心的感谢！ 第 13 页 共 13 页参 考 文 献1吴旗 .传感器与自动检测技术.高等教育出版社2季顺宁 .电工电路设计与制作.电子工业出版社3邱寄帆 ，唐程山 .数字电子技术.人民邮电出版社4周雪 .模拟电子技术.西安电子科技大学出版社
